鋼鐵材料的改性處理第1頁(yè)，課件共42頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月一、鋼的退火概念：將鋼件加熱到適當(dāng)溫度，保溫一定時(shí)間，然后緩慢冷卻的熱處理工藝。目的:消除應(yīng)力;降低硬度;細(xì)化晶粒;均勻成分;為最終熱處理作好組織準(zhǔn)備。第2頁(yè)，課件共42頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

種類(lèi)重結(jié)晶退火完全退火擴(kuò)散退火球化退火普通退火等溫退火普通球化退火等溫球化退火退火低溫退火再結(jié)晶退火去應(yīng)力退火第3頁(yè)，課件共42頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月1、完全退火●應(yīng)用范圍：亞共折鋼和合金鋼的鑄件、鍛件、熱軋型材和焊接結(jié)構(gòu)；也可作為一些不重要件的最終熱處理●目的：①細(xì)化晶粒→提高力學(xué)性能②降低硬度→改善切削性能③消除內(nèi)應(yīng)力加熱至Ac3+30-50℃保溫爐冷（P+F）亞共折鋼●工藝：第4頁(yè)，課件共42頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2、等溫退火●工藝：A化后快冷至Ar1以下等溫轉(zhuǎn)變?yōu)镻，再空冷。等溫退火與普通退火的比較●目的：縮短退火時(shí)間。第5頁(yè)，課件共42頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月3、球化退火●目的：①使Cm球化→HRC↓，韌性↑→改善切削性②為淬火作準(zhǔn)備片狀Fe3C或網(wǎng)狀Fe3CⅡ球化加熱至Ac1+20-30℃保溫過(guò)共析鋼爐冷（F+球狀Cm）●工藝：第6頁(yè)，課件共42頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第7頁(yè)，課件共42頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第8頁(yè)，課件共42頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月4、擴(kuò)散退火（均勻化退火）●工藝：1050-1150℃，10-20h,P+F或P+Fe3CII●目的：消除偏析●后果：粗大晶粒（再應(yīng)用完全退火或正火消除）5、再結(jié)晶退火T再+150-250℃；消除加工硬化、殘余應(yīng)力6、去應(yīng)力退火

500-650℃爐冷；消除應(yīng)力、穩(wěn)定尺寸、防止變形開(kāi)裂第9頁(yè)，課件共42頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第10頁(yè)，課件共42頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月二、鋼的正火概念:把零件加溫到臨界溫度以上30～50℃,在空氣中冷卻目的:消除應(yīng)力;調(diào)整硬度;細(xì)化晶粒;均勻成分;為最終熱處理作好組織準(zhǔn)備。第11頁(yè)，課件共42頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月亞共析鋼AC3+30-50℃保溫共析鋼AC1+30-50℃過(guò)共析鋼Accm+30-50℃空冷亞共析鋼F+S共析鋼S過(guò)共析鋼S+Fe3CⅡ鋼件加熱至●

工藝：第12頁(yè)，課件共42頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月●應(yīng)用：（1）預(yù)先熱處理

a.細(xì)化組織→為淬火、調(diào)質(zhì)作準(zhǔn)備

b.使過(guò)共析鋼中Fe3CII↓→使其不形成連續(xù)網(wǎng)狀，為 球化作準(zhǔn)備（2）作普通結(jié)構(gòu)鋼零件的最終熱處理冷卻較快，組織細(xì)化，提高力學(xué)性能→強(qiáng)度，韌性， 硬度↑（3）改善切削加工性能第13頁(yè)，課件共42頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月退火、正火的選擇1．切削加工含碳量0.5%以下→正火；含碳量0.5%~0.75%→完全退火含碳量大于0.75%，建議用球化退火，若球化退火效果不佳，可先進(jìn)行正火在球化退火。2．作為最終熱處理→正火3．為最終熱處理提供良好的組織狀態(tài)工具鋼→正火+球化退火結(jié)構(gòu)鋼→正火返修件→退火第14頁(yè)，課件共42頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月三、鋼的淬火概念:把零件加溫到AC3、AC1相變溫度以上一定溫度,保溫一段時(shí)間,然后快速冷卻(水冷)。目的:為了獲得馬氏體組織,提高鋼的硬度和耐磨性。第15頁(yè)，課件共42頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月★淬火溫度過(guò)高→A粗大→M粗大→力學(xué)性能↓，淬火應(yīng)力↑→變形，開(kāi)裂↑（一）淬火工藝（1）碳素鋼:亞共析鋼：Ac3＋30~50℃ 共析鋼和過(guò)共析鋼：Ac1＋30~50℃1、淬火溫度的選定（2）合金鋼：臨界點(diǎn)（Ac3/Ac1）＋50~100℃第16頁(yè)，課件共42頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2、淬火介質(zhì)理想的淬火冷卻方法是：

650℃以上，慢，減小熱應(yīng)力

650-400℃，快，避免C曲線

400℃以下，慢，減輕相變應(yīng)力水：650~550℃冷卻能力大，300~200℃冷卻能力也大油：300~200℃冷卻能力小，但650~550℃冷卻能力也小鹽浴：冷卻能力介于水和油之間第17頁(yè)，課件共42頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月（二）淬火方法第18頁(yè)，課件共42頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月1、單液淬火（1）工藝：將加熱的工件放入一種淬火介質(zhì)中連續(xù)冷卻至室溫（如：水淬、油淬）（2）特點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：操作簡(jiǎn)單，易實(shí)現(xiàn)機(jī)械化、自動(dòng)化；缺點(diǎn)：應(yīng)力大（水淬），或淬不透（油淬）第19頁(yè)，課件共42頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2、雙液淬火（1）工藝：將工件先在一種冷卻能力較強(qiáng)的介質(zhì)中冷卻，避免珠光體轉(zhuǎn)變，然后轉(zhuǎn)入另一種冷卻能力較弱的介質(zhì)中發(fā)生馬氏體轉(zhuǎn)變。（2）特點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：利用了兩種介質(zhì)的優(yōu)點(diǎn)，獲得較理想的冷卻條件；缺點(diǎn)：不易掌握在第一種介質(zhì)中的停留時(shí)間，需要經(jīng)驗(yàn)。第20頁(yè)，課件共42頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月3、馬氏體分級(jí)淬火（1）工藝：將工件在Ms點(diǎn)附近的鹽浴或堿浴中淬火，待工件內(nèi)外溫度均勻后，再取出，緩冷淬火。（2）特點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：大大減少了內(nèi)應(yīng)力，減小變形和開(kāi)裂；缺點(diǎn)：只適用截面尺寸比較小（直徑或厚度＜10mm的工件）第21頁(yè)，課件共42頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月4.貝氏體等溫淬火（1）工藝：鋼加熱奧氏體化后，隨之快冷到貝氏體轉(zhuǎn)變區(qū)間（260~350℃），等溫保持，使過(guò)冷奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)橄仑愂象w的淬火方法。（2）應(yīng)用：常用來(lái)處理形狀復(fù)雜，尺寸要求精確，并且要求有較高韌性的工具、模具和彈簧等。第22頁(yè)，課件共42頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月5、冷處理（1）工藝：把淬火冷卻到室溫的鋼繼續(xù)冷卻到零度以下（如-70~-80℃），而后進(jìn)行低溫回火。（2）特點(diǎn)：適用于Mf溫度位于0℃以下的高碳鋼和合金鋼。（精密量具、滾動(dòng)軸承）（3）目的：使過(guò)冷奧氏體向馬氏體的轉(zhuǎn)變更加完全，減少殘余奧氏體的數(shù)量，提高鋼的硬度和耐磨性，并使尺寸穩(wěn)定。第23頁(yè)，課件共42頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月（三）鋼的淬透性1、淬透性的概念（2）表示：淬火件表面至半馬氏體區(qū)的距離（淬透層深度）（1）定義：是指鋼在淬火時(shí)獲得馬氏體的能力（3）比較：淬硬性

淬硬性表示鋼在淬火條件下所能達(dá)到的硬度；用淬火馬氏體的硬度表示。C%↑→淬硬性↑第24頁(yè)，課件共42頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第25頁(yè)，課件共42頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月淬透性的試驗(yàn)方法：

末端淬火法用不同鋼種制成相同形狀和尺寸的工件，在規(guī)定的淬火條件下淬透層的深度大小來(lái)表示。第26頁(yè)，課件共42頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月淬硬性與淬透性之間的關(guān)系淬透性淬硬性鋼種小低碳素結(jié)構(gòu)鋼(20)小高碳素工具鋼(T10A)大低低碳合金結(jié)構(gòu)鋼(18Cr2Ni4WA)大高高碳高合金工具鋼(Cr12MoV)第27頁(yè)，課件共42頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月（4）影響因素： 鋼的淬透性是由臨界冷卻速度Vk決定影響因素淬透性變化C%亞共析鋼C%↑→淬透性↑過(guò)共析鋼C%↑→淬透性↓合金元素除Co%以外，C曲線右移，↑淬透性?shī)W氏體化條件T↑，t↑→淬透性↑Vk減小，奧氏體穩(wěn)定（C曲線右移），鋼的淬透性越好第28頁(yè)，課件共42頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月未淬透的鋼：表里不如一，應(yīng)用在承受彎曲或扭轉(zhuǎn)載荷的軸類(lèi)零件，外層受力較大，心部受力較小2、淬透性的應(yīng)用淬透的鋼：表里如一，應(yīng)用在截面較大，形狀復(fù)雜以及受力較苛刻零件：螺栓、拉桿、鍛模、錘桿等工件（1）淬透性對(duì)鋼力學(xué)性能的影響第29頁(yè)，課件共42頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月淬透性好的鋼：可采用冷速緩慢的淬火介質(zhì)，有利于減少形狀復(fù)雜工件的變形（2）對(duì)不同淬透性的鋼可選擇不同熱處理工藝來(lái)滿足要求淬透性低的大尺寸工件：淬硬層很淺，要在淬火之前進(jìn)行適當(dāng)?shù)那邢骷庸ぃサ舨灰糠?、淬透性的應(yīng)用第30頁(yè)，課件共42頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月四、鋼的回火定義：把淬火后的零件重新加溫到A1線以下某個(gè)溫度，保溫一段時(shí)間，然后冷卻到室溫。目的：消除淬火應(yīng)力，降低脆性；穩(wěn)定工件尺寸；調(diào)整淬火零件的力學(xué)性能。第31頁(yè)，課件共42頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月（一）鋼在回火時(shí)的組織轉(zhuǎn)變1.馬氏體分解（100℃-200℃）2.殘余奧氏體的分解（200～300℃）殘余奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)橄仑愂象w過(guò)飽和α固溶體（馬氏體）十亞穩(wěn)定ε-FexC碳化物（極細(xì)）----回火馬氏體（M’）第32頁(yè)，課件共42頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月3.ε碳化物的轉(zhuǎn)變?yōu)镕e3C（300～400℃）4.滲碳體的聚集長(zhǎng)大和F相的再結(jié)晶（400℃以上）飽和針狀的α固溶體+細(xì)小顆粒狀的滲碳體----回火托（屈）氏體（T’）多邊形F+粗粒狀的滲碳體----回火索氏體（S’）（一）鋼在回火時(shí)的組織轉(zhuǎn)變第33頁(yè)，課件共42頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月（二）鋼的回火工藝及應(yīng)用回火類(lèi)型回火溫度/℃組織性能應(yīng)用低溫回火150-250M’保持高硬度、高耐磨性，降低脆性及殘余應(yīng)力處理各種高碳工、模具鋼，滾動(dòng)軸承以及表面淬火、滲碳件中溫回火350-500T’硬度下降，高的彈性極限和屈服強(qiáng)度，同時(shí)具有一定的韌性處理各類(lèi)彈簧元件高溫回火500-650S’強(qiáng)度、硬度、塑性、韌性、良好綜合力學(xué)性能各種重要的機(jī)器結(jié)構(gòu)件，特別是承受交變載荷的中碳鋼、重要零件第34頁(yè)，課件共42頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月（三）回火脆性第一類(lèi)回火脆性（250~400℃）——不可逆第二類(lèi)回火脆性（450~650℃）

——主要存在含Cr、Ni和Mn等鋼中——可避免（快冷或加Mo）第35頁(yè)，課件共42頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月例1：用40Cr鋼制造模數(shù)為3的齒輪，其加工工藝路線如下：下料（棒料）——鍛造毛坯——熱處理1——粗加工齒形——熱處理2——精加工齒形——熱處理3——磨削。請(qǐng)說(shuō)明各熱處理工藝的名稱(chēng)、目的及其在加工工藝路線中的作用是什么？（注：要求齒輪根部具有高的綜合力學(xué)性能，且輪齒的表面具有高的硬度。）

第36頁(yè)，課件共42頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月答：熱處理1：安排在鍛造之后，粗加工之前，應(yīng)是預(yù)備熱處理，其目的是消除鍛造缺陷，使組織均勻、細(xì)化，同時(shí)消除內(nèi)應(yīng)力，降低硬度，改善切削加工性能。熱處理2：要求齒輪根部具有高的綜合力學(xué)性能，因此應(yīng)為調(diào)質(zhì)處理以獲得S回。熱處理3：要求輪齒的表面具有高的硬度，因此可采用表面淬火，并進(jìn)行低溫回火以獲得M回。第37頁(yè)，課件共42頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月例2：現(xiàn)有40Cr鋼制造的某機(jī)床主軸，心部要求具有良好的強(qiáng)韌性，軸頸處要求硬而耐磨，其加工工藝路線如下：下料——鍛造——預(yù)備熱處理——粗加工——調(diào)質(zhì)——精加工——高頻表面淬火——低溫回火——精磨試問(wèn)：（1）應(yīng)選擇什么熱處理方法作為預(yù)備熱處理？并說(shuō)明理由。（2）說(shuō)明各熱處理工藝在加工工藝路線中的作用是什么？第38頁(yè)，課件共42頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月答：1）預(yù)備熱處理：安排在鍛造之后，粗加工之前，可采用正火，其目的是消除鍛造缺陷，使組織均勻、細(xì)化，同時(shí)消除內(nèi)應(yīng)力，降低硬度，改善切削加工性能。2）要求心部具有良好的強(qiáng)韌性，因此應(yīng)為調(diào)質(zhì)處理以獲得S回。要求軸頸處要求硬而耐磨，因此采用高頻表面淬火，并進(jìn)行低溫回火以獲得M回。第39頁(yè)，課件共42頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第三節(jié)鋼鐵的表面處理表面淬火表面化學(xué)熱處理表面強(qiáng)化處理表面